KR102644987B1 - Driving Apparatus for Actuator Having BLDC Motor - Google Patents
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Abstract
본 발명은 하우징 내부에 수직방향으로 실장된 슬림형 BLDC 모터를 구비한 구동모터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액추에이터용 구동장치는 액추에이터용 구동장치는 직사각통 형상의 바디 케이스 내부에 제1 및 제2 수용공간을 가지며, 상기 제1수용공간의 바닥에 로터 베어링이 돌출 설치된 하우징; 로터 지지체의 하단부가 상기 로터 베어링의 외주에 회전 가능하게 결합되는 로터; 및 상기 로터의 외측에 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하는 스테이터;를 포함하며, 상기 로터 지지체의 상단 외주부에 제1웜기어가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. The present invention relates to a drive motor having a slim BLDC motor mounted vertically inside a housing.
The driving device for an actuator according to the present invention includes a housing having first and second accommodating spaces inside a rectangular cylindrical body case, and a rotor bearing protruding from the bottom of the first accommodating space; A rotor in which the lower end of the rotor support body is rotatably coupled to the outer circumference of the rotor bearing; and a stator disposed on the outside of the rotor with an air gap and generating a rotating magnetic field to rotate the rotor, wherein a first worm gear is integrally formed on the upper outer periphery of the rotor support.
Description
본 발명은 구동장치에 관한 것으로, 특히 하우징 내부에 수직방향으로 실장된 슬림형 BLDC(Brushless DC) 모터를 구비한 액추에이터용 구동장치에 관한 것이다.The present invention relates to a driving device, and particularly to a driving device for an actuator having a slim BLDC (Brushless DC) motor mounted vertically inside a housing.
전동 액추에이터(Actuator)는 회전 동력원으로부터 발생된 회전력을 토크 변환하여 얻어진 고토크 회전력으로 피동체를 회전 또는 직선 운동시키는 역할을 한다.An electric actuator serves to rotate or linearly move a driven object with high-torque torque obtained by converting the rotational force generated from a rotational power source into torque.
일반적으로, 종래의 액추에이터는 회전 동력원으로서 DC 모터를 사용하며, DC 모터의 로터 출력은 로터 출력단에 일체로 형성된 웜 기어(Worm Gear)와 복수의 스퍼 기어(Spur Gear)가 기어결합된 기어트레인(Gear Train)을 통하여 토크 변환되어 액추에이터 출력단으로부터 고토크 회전 출력을 발생한다. In general, conventional actuators use a DC motor as a rotational power source, and the rotor output of the DC motor is generated by a gear train (worm gear formed integrally with the rotor output end and a plurality of spur gears combined). Torque is converted through a gear train to generate high torque rotation output from the actuator output end.
이러한 종래의 전동 액추에이터는 회전 동력원으로서 외부 케이싱을 갖는 DC 모터를 사용하므로 로터의 위치 센싱용 마그넷을 케이싱 내부에 내장하지 못하고 외부에 별도로 부착하고 이를 홀센서를 이용하여 센싱하므로, 모터 구동회로가 내장된 인쇄회로기판(PCB)으로부터 홀센서를 연결하는 구조가 복잡하다.Since these conventional electric actuators use a DC motor with an external casing as a rotational power source, the magnet for sensing the position of the rotor cannot be built into the casing, but is attached separately to the outside and sensed using a Hall sensor, so the motor drive circuit is built in. The structure of connecting the Hall sensor to the printed circuit board (PCB) is complex.
만약 액추에이터가 홀센서를 사용하지 않는 경우는 단지 정,역 회전 운동만이 가능하다. If the actuator does not use a Hall sensor, only forward and reverse rotation movements are possible.
일반적으로 액추에이터는 사용 특징상 제품 전체적으로 하우징의 높이는 낮고, 가로와 세로 중 하나가 긴 형태로 구성으로 되어 있어, 외부 케이싱을 갖는 DC 모터를 하우징 내부 바닥에 수직으로 장착하는 구조를 채택하기 힘들다. In general, due to the characteristics of the actuator, the overall housing height is low and the product is configured to be long either horizontally or vertically, so it is difficult to adopt a structure in which a DC motor with an external casing is mounted vertically on the inner floor of the housing.
DC 모터를 사용하는 경우 정,역 회전 운동하는 출력축(output shaft)에서 외압을 가할시에 멈춰 있는 위치를 고수해야 하므로, 웜 기어를 사용하여 제동 토크(Brake torque)를 높여야 한다.When using a DC motor, the stopped position must be maintained when external pressure is applied to the output shaft that rotates forward or reverse, so the braking torque must be increased using a worm gear.
DC 모터에 웜 기어와 웜 휠(worm wheel)을 사용하고 출력축이 있는 위치까지 동력을 전달하려면 일반적으로 스퍼 기어(Spur Gear)를 사용하여 연결하고 있으며, 이러한 경우 다음과 같은 문제가 존재한다. In order to use a worm gear and a worm wheel in a DC motor and transmit power to the location of the output shaft, a spur gear is generally used to connect. In this case, the following problems exist.
첫째, 액추에이터의 하우징 높이가 낮아 DC 모터를 일반적으로 눕혀서 적용하는 문제가 있어 조립 구조에 어려움이 있고, 단가가 상승한다. 즉, DC 모터의 케이싱과 웜 샤프트(worm Shaft)를 잡아줘야 하는 베어링으로 인하여 조립공간 확보에 문제가 있다. First, the height of the actuator's housing is low, which makes it difficult to assemble the DC motor and increases the unit cost. In other words, there is a problem in securing assembly space due to the bearing that must hold the casing and worm shaft of the DC motor.
둘째, 콘트롤러에서 모터 전원을 연결하는 구조가 복잡해진다. Second, the structure of connecting the motor power to the controller becomes complicated.
셋째, 액추에이터에서 정확한 위치 제어를 위해서 로터의 위치 정보가 필요하다. 이를 위해 DC 모터의 웜 기어 밑단에 위치 센싱용 마그넷을 넣고, 위치 센싱용 홀센서 IC를 적용하기 때문에 DC 전원을 사용하고 위치 센싱을 하기 위해서는 인쇄회로기판(PCB)에 홀센서를 연결하는 구조가 복잡하다. Third, rotor position information is required for accurate position control in the actuator. For this purpose, a magnet for position sensing is placed at the bottom of the worm gear of the DC motor, and a Hall sensor IC for position sensing is applied, so DC power is used and the structure of connecting the Hall sensor to the printed circuit board (PCB) for position sensing is required. complicated.
넷째, 큰 감속비를 얻기 위해 구동모터의 회전 동력을 스퍼 기어를 여러 개를 사용하는 기어트레인에서는 공차가 커져서 백래쉬(Backlash)가 커지며 정밀 위치 제어가 어렵다. Fourth, in a gear train that uses multiple spur gears to generate the rotational power of the drive motor to obtain a large reduction ratio, the tolerance increases, resulting in increased backlash and difficult precise position control.
한국 공개특허공보 제10-2017-0050869호(특허문헌 1)에는 직류 DC 모터를 포함하는 동력입력부와, 상기 동력입력부에서 구동력을 전달받아 토크를 증강시키는 유성기어를 포함하고 출력축이 구비된 유성감속부와, 상기 유성감속부에서 구동력을 전달받고, 높아진 토크에 비례하여 낮아진 회전수를 증속하고, 일측이 개방되는 탈착가능한 커버가 구비된 증속부 및 상기 증속부에서 전달되는 회전운동을 직선운동으로 변환하도록 나사산이 각설된 나사축과, 상기 나사축에 회전식으로 나사결합되어 나사축의 회전에 의한 진퇴운동을 하는 변위너트가 구비된 실린더부를 포함하는 직류모터를 이용한 전동 액추에이터가 개시되어 있다. Korean Patent Publication No. 10-2017-0050869 (Patent Document 1) discloses a planetary reduction device including a power input unit including a direct current DC motor, a planetary gear that receives driving force from the power input unit and increases torque, and is provided with an output shaft. a speed increaser that receives driving force from the planetary speed reducer, increases the rotational speed lowered in proportion to the increased torque, and has a detachable cover that opens on one side, and rotates the rotational motion transmitted from the speed increaser into a linear motion. An electric actuator using a direct current motor is disclosed, which includes a screw shaft with square threads for conversion, and a cylinder portion provided with a displacement nut that is rotatably screwed to the screw shaft and moves forward and backward by rotation of the screw shaft.
특허문헌 1의 전동 액추에이터는 직류 DC 모터를 사용함에 따라 정밀 위치제어가 어렵고, 토크 증강을 위해 유성감속부를 채택하여 조립 생산성이 떨어지는 문제가 있다. The electric actuator of Patent Document 1 has a problem in that precise position control is difficult due to the use of a direct current DC motor, and assembly productivity is reduced due to the adoption of a planetary reduction unit to increase torque.
일반적으로 액추에이터의 크기가 작은 경우, 구동모터의 사이즈가 작아서 출력이 작게 된다. 이 경우 액추에이터의 출력단에 고토크 출력값을 얻기 위해서는 모터의 rpm이 커야 되고 복수개 스퍼 기어를 사용하여 감속비가 커야되므로 소음이 증가하는 문제가 발생한다.Generally, when the size of the actuator is small, the size of the drive motor is small and the output is small. In this case, in order to obtain a high torque output value at the output stage of the actuator, the rpm of the motor must be large and the reduction ratio must be large by using multiple spur gears, which causes the problem of increased noise.
따라서, 본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 그 목적은 높이가 낮은 하우징 내부에 눕혀진 DC 모터를 사용하는 종래구조의 문제를 개선하여, 커버와 하우징 바닥에 각각 베어링을 설치하고 알모터 형태의 BLDC 모터를 하우징 바닥에 수직방향으로 조립한 슬림형 액추에이터용 구동장치를 제공하는 데 있다. Therefore, the present invention was proposed to solve the problems of the prior art described above, and its purpose is to improve the problem of the conventional structure using a DC motor laid down inside a low-height housing, and to install bearings on the cover and the bottom of the housing, respectively. The purpose is to provide a drive device for a slim actuator in which an Almotor-type BLDC motor is installed and assembled vertically on the bottom of the housing.
본 발명의 다른 목적은 PCB와 압입결합되는 수축가능결합부(내측홀)를 갖는 고가의 프레스 핏(Press fit) 대신 내측홀이 없는 저가의 프레스 핏을 사용하여 스테이터와 PCB를 연결할 수 있는 액추에이터용 구동장치를 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide an actuator that can connect a stator and a PCB using a low-cost press fit without an inner hole instead of an expensive press fit with a shrinkable coupling portion (inner hole) that is press-fitted with a PCB. The purpose is to provide a driving device.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 특징에 따른 액추에이터용 구동장치는 직사각통 형상의 바디 케이스 내부에 제1 및 제2 수용공간을 가지며, 상기 제1수용공간의 바닥에 로터 베어링이 돌출 설치된 하우징; 로터 지지체의 하단부가 상기 로터 베어링의 외주에 회전 가능하게 결합되는 로터; 및 상기 로터의 외측에 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 로터를 회전 구동하는 스테이터;를 포함하며, 상기 로터 지지체의 상단 외주부에 제1웜기어가 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, a driving device for an actuator according to one feature of the present invention has first and second accommodating spaces inside a body case of a rectangular cylindrical shape, and a rotor bearing protrudes at the bottom of the first accommodating space. installed housing; A rotor wherein the lower end of the rotor support is rotatably coupled to the outer periphery of the rotor bearing; and a stator disposed on the outside of the rotor with an air gap and generating a rotating magnetic field to rotate the rotor, wherein a first worm gear is integrally formed on the upper outer periphery of the rotor support.
상기 로터는 하단부가 상기 로터 베어링에 회전 가능하게 결합되도록 컵형태로 이루어지고, 상단 외주부에 제1웜기어가 일체로 형성된 로터 지지체; 상기 로터 지지체의 하단 외주에 배치되어 자기회로를 형성하는 백요크; 및 상기 백요크의 외주에 배치된 복수의 자석;을 포함할 수 있다. The rotor has a cup-shaped lower end rotatably coupled to the rotor bearing, and a rotor support body integrally formed with a first worm gear on the upper outer periphery. A back yoke disposed on the lower outer periphery of the rotor support to form a magnetic circuit; and a plurality of magnets disposed on the outer periphery of the back yoke.
또한, 상기 로터 베어링은 상기 하우징의 바닥에 돌출 설치되고 요홈이 형성된 베어링 하우징; 및 상기 베어링 하우징의 요홈에 회전 가능하게 내장되며 상단부가 로터 지지체의 하부면과 접촉하면서 로터가 회전할 때 마찰력을 감소시키는 로터축 베어링;을 포함할 수 있다. In addition, the rotor bearing includes a bearing housing protruding from the bottom of the housing and having a groove formed thereon; and a rotor shaft bearing rotatably mounted in the groove of the bearing housing and whose upper end contacts the lower surface of the rotor support body to reduce friction when the rotor rotates.
이 경우, 상기 로터 지지체의 상부는 상기 커버의 저면에 삽입되어 있는 로터축 베어링에 회전 가능하게 지지될 수 있다.In this case, the upper part of the rotor support may be rotatably supported on a rotor shaft bearing inserted into the bottom of the cover.
상기 스테이터는 각각 축방향으로 연장된 선단부가 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스와 상기 복수의 티스와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크를 구비하는 스테이터 코어; 상기 복수의 티스 각각의 코일권선영역을 상하부에서 감싸는 상부 및 하부 인슐레이터; 및 상기 상부 및 하부 인슐레이터의 외주면에 권선되는 코일;을 포함하며, 상기 백요크는 사각형상으로 이루어지고 사각형상의 모서리에는 백요크를 바디 케이스에 고정시키기 위한 관통구멍이 형성될 수 있다.The stator includes a stator core including a plurality of teeth, each of which has a "T"-shaped tip extending in the axial direction, and a back yoke interconnected with the plurality of teeth to form a magnetic circuit; Upper and lower insulators surrounding the coil winding area of each of the plurality of teeth from the top and bottom; and a coil wound around the outer peripheral surface of the upper and lower insulators, wherein the back yoke is formed in a square shape and a through hole for fixing the back yoke to the body case may be formed at a corner of the square shape.
본 발명에 따른 액추에이터용 구동장치는 상기 구동모터의 상부에 배치되며 모터 구동회로가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 더 포함하며, 상기 구동모터의 스테이터 코일과 인쇄회로기판(PCB)을 상호 연결하기 위해 선단부가 PCB에 압입되며 내측 홀이 없는 프레스 핏 터미널을 사용할 수 있다. The driving device for an actuator according to the present invention is disposed on the upper part of the driving motor and further includes a printed circuit board (PCB) on which a motor driving circuit is mounted, and the stator coil of the driving motor and the printed circuit board (PCB) are interconnected. To do this, you can use a press-fit terminal where the tip is press-fitted into the PCB and there is no inner hole.
이 경우, 상기 인쇄회로기판(PCB)의 상부에는 상기 구동모터의 회전 출력을 감속하여 토크를 증대시키기 위한 기어트레인이 설치되고, 상기 제2 수용공간에 상부에 제2웜휠을 구비한 출력축이 설치될 수 있다.In this case, a gear train is installed on the upper part of the printed circuit board (PCB) to increase torque by reducing the rotational output of the driving motor, and an output shaft with a second worm wheel on the upper part is installed in the second accommodation space. It can be.
또한, 상기 기어트레인은 동력전달축에 간격을 두고 제1웜휠과 출력 웜기어가 일체로 형성되며, 상기 로터의 상부에 일체로 형성된 제1웜기어에 제1웜휠이 기어결합되고 출력 웜기어가 출력축의 제2웜휠에 기어결합되어 회전 동력을 전달할 수 있다.In addition, the gear train includes a first worm wheel and an output worm gear integrally formed at a distance from the power transmission shaft, the first worm wheel is gear-coupled with the first worm gear integrally formed on the upper part of the rotor, and the output worm gear is connected to the first worm gear of the output shaft. 2It can be combined with a gear on a worm wheel to transmit rotational power.
또한, 본 발명에 따른 액추에이터용 구동장치는 상기 로터의 상부에 대응하는 인쇄회로기판(PCB)의 하부면에 설치되어 로터의 회전시에 로터 위치신호를 발생하는 홀센서를 더 포함할 수 있다.In addition, the driving device for an actuator according to the present invention may further include a Hall sensor that is installed on the lower surface of a printed circuit board (PCB) corresponding to the upper part of the rotor and generates a rotor position signal when the rotor rotates.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액추에이터용 구동장치는 높이가 낮은 하우징 내부에 눕혀진 DC 모터를 사용하는 종래의 문제를 개선하여 커버와 하우징 바닥에 각각 베어링을 설치하고 하우징 바닥에 수직방향으로 조립되는 구조의 BLDC 모터를 갖는다. As described above, the actuator driving device according to the present invention improves the conventional problem of using a DC motor lying down inside a low-height housing by installing bearings on the cover and the bottom of the housing and assembling them in a vertical direction on the bottom of the housing. It has a BLDC motor with a structure that
또한, 본 발명에서는 구동모터의 상부에 모터 구동회로가 내장된 인쇄회로기판(PCB)이 설치되므로, 로터 위치신호를 검출하기 위한 홀센서를 인쇄회로기판(PCB)의 하부면에 직접 실장할 수 있어 BLDC 모터를 구동모터로 쉽게 채용할 수 있다.In addition, in the present invention, since a printed circuit board (PCB) with a built-in motor driving circuit is installed on the upper part of the driving motor, a Hall sensor for detecting the rotor position signal can be directly mounted on the lower surface of the printed circuit board (PCB). Therefore, a BLDC motor can be easily adopted as a drive motor.
본 발명에서는 PCB와 압입결합되는 수축가능결합부(내측홀)를 갖는 고가의 프레스 핏(Press fit) 대신 내측홀이 없는 저가의 프레스 핏을 사용하여 스테이터와 PCB를 연결할 수 있다. In the present invention, the stator and the PCB can be connected using a low-cost press fit without an inner hole instead of an expensive press fit with a shrinkable coupling portion (inner hole) that is press-fitted to the PCB.
본 발명에서는 소음 증가의 요인이 되는 구동모터의 rpm을 낮추면서 감속 기어비가 커지는 것을 방지하기 위해 기어 트레인으로서 다줄 나사의 출력 웜기어를 구비할 수 있다.In the present invention, a multi-row screw output worm gear can be provided as a gear train to prevent the reduction gear ratio from increasing while lowering the rpm of the drive motor, which is a factor in increasing noise.
또한, 본 발명에서는 소형 구동모터와 기어트레인을 구성하는 웜휠과 웜기어가 일체로 형성된 동력전달축을 하우징 내부에 최적으로 배치하여 사이즈를 소형화시킬 수 있다.In addition, in the present invention, the power transmission shaft in which the worm wheel and worm gear, which constitute a small drive motor and gear train, are integrated, can be optimally placed inside the housing to miniaturize the size.
본 발명에서는 간격을 두고 웜휠과 웜기어가 일체로 형성된 동력전달축을 사용하여 결합기어수를 최소화시킨 기어트레인 변경 구조에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화할 수 있고, 복수의 스퍼 기어를 조합한 기어트레인과 비교하여 전체 사이즈가 감소하고 공간 확보가 가능하여 설계 자유도가 증가하고 원가 절감이 가능하다.In the present invention, backlash can be minimized by a gear train change structure that minimizes the number of combined gears by using a power transmission shaft in which a worm wheel and a worm gear are integrally formed at intervals, and a gear train combining a plurality of spur gears In comparison, the overall size is reduced and space can be secured, increasing design freedom and reducing costs.
또한, 본 발명에서는 출력축에 상단/하단 슬립기어 결합부를 구비하고 피동체에 미리설정된 힘 이상의 외력이 인가될 때 슬립기어결합부에 슬립을 발생시켜 피동체의 복귀로 인한 내부 구조의 파손 방지 구조에 의해 슬립(Slip) 기능의 출력축을 갖는다. In addition, in the present invention, an upper/lower slip gear coupling is provided on the output shaft, and when an external force exceeding a preset force is applied to the driven body, slip is generated at the slip gear coupling to prevent damage to the internal structure due to the return of the driven body. It has an output axis with a slip function.
도 1a 내지 도 1d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 방식의 구동모터를 이용한 액추에이터의 사시도, 평면도, 도 1b의 A-A 선 단면도 및 B-B 선 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 액추에이터의 완전 분해사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 1에 도시된 액추에이터의 커버 분리 사시도 및 모듈별 분해사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 각각 도 1에 도시된 액추에이터에서 동력전달축을 이용하여 구동모터로부터 출력단으로 동력이 전달되는 구조를 나타내는 설명도이다.
도 5는 본 발명에 따른 액추에이터의 조립 순서를 나타내는 플로우 챠트이다.
도 6은 본 발명에 따른 액추에이터의 출력축에 적용되는 상단/하단 슬립기어 결합부를 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 방식의 구동모터에 적용되는 웜기어 로터를 나타내는 정면도이다.
도 8a 내지 도 8c는 각각 도 1에 도시된 액추에이터의 커버, 하우징 및 동력전달축이 결합된 커버를 나타내는 사시도이다.
도 9a는 종래의 프레스 핏 터미널이 적용된 스테이터의 부분확대 사시도이다.
도 9b 내지 도 9d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 방식의 구동모터와 모터 구동회로가 실장된 PCB 사이의 연결 구조를 설명하기 위한 것으로, 프레스 핏 터미널이 적용된 스테이터의 사시도, 프레스 핏 터미널의 사시도 및 프레스 핏 터미널이 보빈에 결합된 구조를 나타내는 단면도이다. 1A to 1D are a perspective view, a plan view, and a cross-sectional view along the line AA and BB of FIG. 1B, respectively, of an actuator using a BLDC-type drive motor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a completely exploded perspective view of the actuator shown in Figure 1.
Figures 3a and 3b are a perspective view with the cover removed and an exploded perspective view for each module of the actuator shown in Figure 1, respectively.
FIGS. 4A to 4C are diagrams illustrating a structure in which power is transmitted from a drive motor to an output terminal using a power transmission shaft in the actuator shown in FIG. 1 .
Figure 5 is a flow chart showing the assembly sequence of the actuator according to the present invention.
Figure 6 is a perspective view showing the upper/lower slip gear coupling applied to the output shaft of the actuator according to the present invention.
Figure 7 is a front view showing a worm gear rotor applied to a BLDC type drive motor according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 8A to 8C are perspective views showing a cover combined with the cover, housing, and power transmission shaft of the actuator shown in FIG. 1, respectively.
Figure 9a is a partially enlarged perspective view of a stator to which a conventional press fit terminal is applied.
Figures 9b to 9d are for illustrating the connection structure between a BLDC type drive motor and a PCB on which the motor drive circuit is mounted according to an embodiment of the present invention, respectively, and are a perspective view of a stator to which a press-fit terminal is applied, and a press-fit terminal. This is a perspective view and a cross-sectional view showing the structure in which the press fit terminal is connected to the bobbin.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described with reference to the attached drawings.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다. In this process, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. Additionally, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.
본 발명에 따른 액추에이터는 피동체를 전후진시키거나 회전시키기 위한 용도로 이용되며, 이하의 설명에서 BLDC 방식의 구동모터를 동력원으로 이용하여 피동체를 구동시키는 액추에이터를 설명한다.The actuator according to the present invention is used to move the driven body forward or backward or rotate it, and in the following description, the actuator that drives the driven body using a BLDC type drive motor as a power source will be explained.
도 1 내지 도 9b를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(100)는 내부에 제1 및 제2 수용공간(15a,15b)을 갖는 하우징(10); 상기 하우징(10)의 제1수용공간(15a)에 설치되고 BLDC 방식으로 이루어지며 로터(30)로부터 회전 출력을 발생하는 구동모터(50); 상기 구동모터(50) 상측에 설치되어 외부 제어신호의 수신에 따라 모터 구동신호를 발생하는 모터 구동회로가 실장된 인쇄회로기판(PCB)(51); 상기 구동모터(50)의 회전 출력을 감속하여 출력축(80)으로 전달하며 회전속도를 감속시켜서 토크를 증대시키기 위한 기어트레인(70); 및 상기 하우징(10)의 제2수용공간(15b)에 설치되며 기어트레인(70)을 통하여 전달된 토크 증대된 회전 출력을 하우징(10) 외부로 출력하는 출력축(80);을 포함한다.Referring to FIGS. 1 to 9B, the
상기 하우징(10)은 상부가 개방되고 내부에 제1 및 제2 수용공간(15a,15b)을 갖는 직사각통 형상의 바디 케이스(12)와, 상기 바디 케이스(12)의 상부를 커버하는 커버(11)를 포함하고 있다.The
상기 바디 케이스(12)의 제1수용공간(15a)에는 BLDC 방식으로 이루어지며 로터(30)로부터 회전 출력을 발생하는 구동모터(50)가 상기 하우징(10) 바닥으로부터 수직방향으로 설치되고, 제2수용공간(15b)에는 토크 증대된 회전 출력을 하우징(10) 외부로 출력하는 출력축(80)이 설치된다.In the
또한, 상기 바디 케이스(12) 내부의 4모서리에는 고정나사를 사용하여 커버(11)를 바디 케이스(12)에 고정시킬 때 이용되는 4개의 제1돌기부(12a)가 돌출되어 있고, 제1수용공간(15a)의 4모서리에는 인쇄회로기판(PCB)(51)을 바닥과 공간을 두고 지지하기 위해 돌출된 4개의 제2돌기부(12b)가 돌출되어 있으로, 상기 4개의 제2돌기부(12b)의 내측에는 스테이터(40)의 스테이터 코어(41)를 고정시키는 데 필요한 4개의 제3돌기부(12c)가 돌출되어 있다.In addition, four
더욱이, 상기 바디 케이스(12)의 제1수용공간(15a)에는 구동모터(50)의 로터(30)가 회전될 때 로터 지지체(33)의 하부를 잡아주면서 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링 하우징(14)이 돌출되어 있고, 제2수용공간(15b)에는 출력축(80)의 제2축(83b)이 바디 케이스(12)의 외부로 연장될 때 제2축(83b)을 회전 가능하게 지지하는 한쌍의 출력축 베어링(61,62)을 수용/지지하는 베어링 하우징(60)이 일체로 형성되어 있다.Moreover, the
상기 바디 케이스(12)의 제1 및 제2 수용공간(15a,15b)에는 각각 후술하는 기어트레인(70)의 동력전달축(71)의 양단부를 회전 가능하게 지지하기 위한 제1 및 제2 동력전달축 베어링(74a,74b)을 수용/지지하는 한쌍의 베어링 하우징(75a,75b)이 돌출되어 일체로 형성되어 있다.The first and
상기 바디 케이스(12)의 4모서리에는 액추에이터(100)를 본체에 고정나사 등으로 고정시킬 때 필요한 지지브라켓(13a-13d)이 돌출되어 있으며, 각각 하나의 관통구멍이 형성되어 있다.
상기 커버(11)의 저면에는 로터 지지체(33)의 상부를 회전 가능하게 지지하는 로터축 베어링(64)이 삽입되어 있고, 출력축(80)의 제1축(83a) 상부를 회전 가능하게 지지하는 출력축 베어링(63)이 삽입되어 있다. 이에 따라 상기 커버(11)의 상부면에는 로터축 베어링(64)과 출력축 베어링(63)이 삽입되는 공간을 확보하기 위하여 원형 돌기(11a,11b)가 돌출되어 있다.A rotor shaft bearing 64 is inserted into the bottom of the
또한, 상기 커버(11)의 저면에는, 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이 동력전달축(71)의 웜기어(73)에 매우 강한 외압이 가해져서 동력전달축(71)이 휘거나 이탈이 발생하는 것을 차단하도록 동력전달축(71)의 2지점을 가이드하기 위한 제1 및 제2 가이드돌기(11c,11d)가 간격을 두고 돌출되어 있다.In addition, as shown in FIGS. 8A to 8C, a very strong external pressure is applied to the bottom of the
상기 제1 및 제2 가이드돌기(11c,11d)는 각각 동력전달축(71)이 휘거나 이탈이 발생하는 것을 차단하도록 좌/우에 한쌍의 돌기가 배치되어 있으며, 상기 제1가이드돌기(11c)는 동력전달축(71)의 제1동력전달축 베어링(74a)과 제1웜휠(72) 사이에 형성되고, 상기 제2가이드돌기(11d)는 동력전달축(71)의 제1웜휠(72)와 출력 웜기어(73) 사이에 형성되어 있다.The first and second guide protrusions (11c, 11d) each have a pair of protrusions disposed on the left and right sides to prevent the
상기 구동모터(50)는 BLDC 방식으로 이루어진 것으로, 상기 바디 케이스(12)의 바닥으로부터 돌출된 베어링 하우징(14)의 외주에 하단부가 회전 가능하게 결합되는 로터(30)와, 상기 로터(30)의 외측에 에어갭을 두고 배치되며 회전자기장을 발생하여 상기 로터(30)를 회전 구동하기 위해 상기 바디 케이스(12)의 상부면에 배치되는 스테이터(40)를 포함하며, 상기 로터(30)의 상부로 연장된 로터 지지체(33)의 연장부에는 외주부에 제1웜기어(35)가 일체로 형성되어 있다. The
이에 따라 상기 구동모터(50)는 바디 케이스(12)의 바닥으로부터 수직방향으로 설치되어 있다.Accordingly, the
상기 로터(30)는 내측에 위치한 백요크(32)의 외주에 배치된 자석(31)은 복수의 N극 및 S극의 분할 자석편으로 이루어지거나 또는 바람직하게는 링형상의 자석에 N극 및 S극이 다극으로 분할 착자된 자석을 사용할 수 있으며, 백요크(32)는 자석(31)의 배면에 설치되어 자기회로를 형성한다. The
상기 로터(30)의 로터 지지체(33)는 하단부가 베어링 하우징(14)에 회전 가능하게 결합되도록 컵형태로 이루어져 있다. 이 경우, 상기 베어링 하우징(14)은 내부에 요홈을 구비하며, 요홈에는 플라스틱으로 이루어지며 상단부가 로터 지지체(33)의 하부면과 접촉하면서 로터가 회전할 때 마찰력을 감소시키는 로터축 베어링(36)가 삽입되어 있다. The rotor support 33 of the
상기 로터(30)는 도 7에 도시된 바와 같이 로터 지지체(33)의 하측에 백요크(32)와 자석(31)이 배치되고, 상측에 제1웜기어(35)가 일체로 형성된 구조를 가질 수 있다.As shown in FIG. 7, the
또한, 중공형태의 상기 로터 지지체(33)의 상부와 상기 커버(11)의 저면에 삽입되어 있는 로터축 베어링(64) 사이에는 로터(30)의 회전시에 마찰력을 감소시키기 위해 볼(35a)이 삽입되어 있다.In addition, a
상기 스테이터(40)는 각각 축방향으로 연장된 선단부가 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스(42)와 상기 복수의 티스(42)와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크(41)를 구비하는 스테이터 코어(45); 상기 복수의 티스(42) 각각의 코일(43)이 권선될 외주면, 즉 코일권선영역을 상하부에서 감싸는 상부 및 하부 인슐레이터(44a,44b); 및 상기 상부 및 하부 인슐레이터(44a,44b)의 외주면에 권선되는 코일(43);을 포함한다. The
이 경우, 도 8b에 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 인슐레이터(44a,44b) 대신에 티스(42)에 일체로 형성되는 절연성 재질로 이루어진 보빈(44)(도 9b 참조)을 형성하는 것도 가능하다. 상기 보빈(44)은 복수의 티스(41)와 함께 백요크(42)를 둘러싸는 스테이터 지지체와 일체로 형성될 수 있다.In this case, as shown in FIG. 8B, it is also possible to form a bobbin 44 (see FIG. 9B) made of an insulating material that is integrally formed with the
상기 구동모터(50)의 상측에는 외부 제어신호의 수신에 따라 모터 구동신호를 발생하는 모터 구동회로가 실장된 인쇄회로기판(PCB)(51)이 설치되어 있다.A printed circuit board (PCB) 51 is installed on the upper side of the
상기 구동모터(50)의 회전 출력은 상기 로터(30)의 상측에 일체로 형성된 제1웜기어(35)로부터 얻어지며, 제1웜기어(35)는 인쇄회로기판(PCB)(51)의 관통구멍을 통하여 상측으로 연장되어 있다.The rotational output of the
상기 인쇄회로기판(PCB)(51)의 상부에는 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 구동모터(50)의 회전 출력을 감속하여 출력축(80)으로 전달하며 회전속도를 감속시켜서 토크를 증대시키기 위한 기어트레인(70)이 길이방향으로 배치되어 있고, 상기 하우징(10)의 제2수용공간(15b)에는 기어트레인(70)을 통하여 전달된 토크 증대된 회전 출력을 하우징(10), 즉 바디 케이스(12)의 바닥 외부로 출력하는 출력축(80)이 설치되어 있다.As shown in FIGS. 4A to 4C, on the upper part of the printed circuit board (PCB) 51, the rotation output of the
상기 기어트레인(70)은 동력전달축(71)에 간격을 두고 웜휠(72)과 출력 웜기어(73)가 일체로 형성된 구조를 가지고 있다. 이 경우, 상기 로터(30)에 일체로 형성된 제1웜기어(35)에 제1웜휠(72)이 기어결합되고 출력 웜기어(73)가 출력축(80)의 제2웜휠(82)에 기어결합되어 회전 동력을 출력축(80)에 전달한다.The
또한, 동력전달축(71)의 양단부는 각각 바디 케이스(12)의 양단부에 형성된 한쌍의 베어링 하우징(75a,75b)에 설치된 제1 및 제2 동력전달축 베어링(74a,74b)에 회전 가능하게 지지되어 있다.In addition, both ends of the
본 발명의 기어트레인(70)은 하나의 동력전달축(71)에 간격을 두고 웜휠(72)과 출력 웜기어(73)가 일체로 형성된 구조를 채용함에 따라, 결합기어수를 최소화시킨 기어트레인 변경 구조에 의해 백래쉬(Backlash)를 최소화할 수 있는 동력전달 구조를 갖는다.The
또한, 본 발명에서는 소음 증가의 요인이 되는 구동모터(50)의 rpm을 낮추면서 감속 기어비가 커지는 것을 방지하기 위해 기어 트레인(70)에 구비된 출력 웜기어(73)는 다줄 나사 구조를 가질 수 있다.In addition, in the present invention, in order to prevent the reduction gear ratio from increasing while lowering the rpm of the
더욱이, 본 발명에서는 하우징 내부에 수직방향으로 배치된 소형 구동모터(70)를 내장하고, 기어트레인(70)을 구성하는 제1웜휠(72)과 출력 웜기어(73)가 일체로 형성된 동력전달축(71)을 하우징(10) 내부에 최적으로 배치하여 사이즈를 소형화시킬 수 있다.Moreover, in the present invention, a
자동차 부품 중에는 액추에이터에 의해 구동되어 단일 방향으로 나와 있다가 사고나, 혹시 모를 충격에 의해 한쪽 방향으로는 밀고 들어 갈 수 있는 슬립 기능이 요구되고 있다.Among automobile parts, a slip function is required that can be driven by an actuator and extend in a single direction, but can be pushed in one direction due to an accident or unexpected impact.
도 6은 도 1에 도시된 액추에이터의 출력축에 적용되는 상단/하단 슬립기어 결합부를 나타내는 사시도이다.Figure 6 is a perspective view showing an upper/lower slip gear coupling applied to the output shaft of the actuator shown in Figure 1.
도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 액추에이터(100)는 출력축(80)에 슬립(Slip) 기능을 갖도록 출력축(80)이 기어결합된 제1축(83a)과 제2축(83b)을 포함하고 있다. 상기 제1축(83a)은 상부에 제2웜휠(82)이 형성되고 하단부에 상단 슬립기어(81a)가 설치되며, 제2축(83b)은 상단부에 상단 슬립기어(81a)와 기어 결합되는 하단 슬립기어(81b)가 설치되고 하단부가 바디 케이스(12)의 외부로 연장되어 있다. Referring to FIG. 6, the
상기 상단 슬립기어(81a)와 하단 슬립기어(81b)는 각각 삼각 톱니 형태로 상,하가 물려 있어 단일 방향으로 외압을 가할시 움직일수 있다. The upper and lower slip gears (81a) and lower slip gears (81b) are each in the form of triangular teeth and are engaged at the top and bottom, so they can move when external pressure is applied in a single direction.
또한, 상기 슬립기어(81a,81b)는 일정한 힘 이상이 인가될 경우만 슬립이 발생하도록 코일 스프링(Coil spring) 또는 판 스프링(84)이 하단 슬립기어(81b)의 하측에 결합되어 사용될 수 있다.In addition, the slip gears 81a and 81b may be used with a coil spring or
상기 제1축(83a)의 상부는 커버(11)에 설치된 출력축 베어링(63)에 회전 가능하게 지지되고, 제2축(83b)은 베어링 하우징(60)에 설치된 한쌍의 출력축 베어링(61,62)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있고, 출력축(80)의 제2축(83b)은 바디 케이스(12)의 외부로 연장되어 있다. The upper part of the first shaft (83a) is rotatably supported on the output shaft bearing 63 installed in the
상기 바디 케이스(12)의 외부로 연장된 제2축(83b)에는 키홈(83c)가 형성되어 있고, 피동체와의 결합에 이용되는 출력결합부(20)는 키홈(83c)에 일부가 삽입되는 키(key)(21)을 이용하여 결합될 수 있다.A key groove (83c) is formed on the second axis (83b) extending outward from the body case (12), and a portion of the output coupling portion (20) used for coupling with the driven body is inserted into the key groove (83c). It can be combined using the key 21.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 출력축(80)에 슬립기어결합부를 구비함에 따라 만약 출력축(80)이 연결된 피동체에 미리설정된 힘 이상의 외력이 인가될 때 상단 및 하단 슬립기어(81a,81b)의 슬립기어결합부 사이에 슬립을 발생시켜, 피동체의 복귀를 억제한다. 그 결과, 본 발명의 액추에이터(100)를 이용하면, 피동체의 복귀로 인한 내부 구조의 파손 방지가 가능하다. As described above, in the present invention, the slip gear coupling portion is provided on the
이하에 도 5 및 도 8a 내지 도 8c를 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액추에이터(100)의 조립방법을 설명한다.Below, a method of assembling the
먼저, 하우징(10)을 형성하는 바디 케이스(12)의 바닥면에 로터축 베어링(36)과 출력축 베어링(61,62)을 삽입 형성한 후, 스테이터(40)와 로터(30)를 제1수용공간(15a)에 조립하여 구동모터(50)를 준비한다(S11).First, the rotor shaft bearing 36 and the
그 후, 구동모터(50)의 상부에 PCB(51)를 설치한 후 고정한다(S12).Afterwards, the PCB (51) is installed on the upper part of the driving motor (50) and fixed (S12).
이어서, PCB(51)의 상부에 기어트레인(70)의 웜휠(72)이 로터(30)에 일체로 형성된 제1웜기어(35)에 기어결합시킨다(S13).Next, the
이어서, 바디 케이스(12)의 바닥에 형성된 출력축 베어링(61,62)에 출력축(80)을 조립하면서, 기어트레인(70)의 출력 웜기어(73)에 출력축(80)의 웜휠(82)을 기어결합시킨다(S14).Next, while assembling the
이 경우, 상기 기어트레인(70) 조립단계(S13)와 출력축(80) 조립단계(S14)는 순서를 바꾸어 진행하는 것도 가능하다.In this case, the
그 후, 출력축 베어링(63)이 매립된 커버(11)를 바디 케이스(12)의 상부에 조립한다(S15).Afterwards, the
또한, 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 구동모터(50)는 높이가 낮은 하우징의 내부에 눕혀진 DC 모터를 사용하는 종래구조의 문제를 개선하여, 하우징(10)의 커버(11)와 바디 케이스(12) 바닥에 각각 베어링을 설치하고 알모터 형태의 BLDC 모터를 조립한 구조에 의해 수직방향 조립 구조의 BLDC 구동모터(50)를 구현하고 있다.In addition, as shown in FIGS. 8A and 8B, the
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 커버(11)와 바디 케이스(12) 바닥에 구동모터(50)에 대한 베어링 삽입 공간을 마련하고, 로터(30)의 상,하단으로 회전 가능하게 지지하는 구조를 이용하여 별도의 케이싱을 사용하지 않고 하우징(10) 내부에 조립될 수 있어 조립 공정이 간단하고, 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.As described above, in the present invention, a bearing insertion space for the
또한, 구동모터(50)에 외곽 케이스가 별도로 존재하지 않아 모터 사이즈 증대가 가능하여 모터의 출력 토크 증대가 이루어질 수 있다. 더욱이, 본 발명에서는 쉽게 PCB(51)의 하부면에 홀센서 IC를 설치함에 의해 하측에 위치한 로터(30)의 회전시에 자석(31)의 자극을 센싱하여 로터 위치신호를 쉽고 정확하게 검출하여 로터(30)의 정밀제어가 가능하며, 종래에 DC 모터와 같이 별도의 위치 센싱용 자석을 채용하지 않고 운영이 가능하다.In addition, since there is no separate outer case for the
본 발명의 액추에이터는 도 8a 내지 도 8c에 도시된 바와 같이, 바디 케이스(12)의 양단부 상측에 동력전달축(71)의 양단부를 각각 수용하여 회전 가능하게 지지하는 한쌍의 베어링(74a,74b)을 수용/지지하는 베어링 하우징(75a,75b)이 일체로 형성되어 있고, 커버(11)에는 동력전달축(71)의 양측을 수용하면서 이탈하는 것을 방지함에 의해 동력전달축의 휨을 방지할 수 있는 제1 및 제2 가이드돌기(11c,11d)가 간격을 두고 설치되어 있다.As shown in FIGS. 8A to 8C, the actuator of the present invention includes a pair of
따라서, 커버(11)에 아주 강한 외압이 인가되어 동력전달축(71)이 휘거나, 이탈되어, 정상 동작이 이루어지지 못하는 것을 막을 수 있다.Accordingly, it is possible to prevent the
액추에이터에 사용되는 일반적인 모터는 BLDC 방식을 적용하기 어려운 부분을 본 발명에서는 모터를 수직으로 세우고 직경방향의 크기를 키워서 모터 토크를 증대하고, 수직 방향으로 위치 센싱을 할 수 있도록 구동모터(50)의 상측에 외부 제어신호의 수신에 따라 모터 구동신호를 발생하는 모터 구동회로가 실장된 인쇄회로기판(PCB)(51)를 설치하고, PCB(51)에 홀센서 IC(도시되지 않음)를 쉽게 설치할 수 있어 로터(30)의 정밀제어가 가능하다.In the present invention, the BLDC method is difficult to apply to general motors used in actuators, but in the present invention, the motor is erected vertically and the size in the radial direction is increased to increase the motor torque, and the
본 발명의 액추에이터(100)에 채용된 구동모터(50)는 하우징(10)의 바닥면에 스테이터(40)와 로터(30)가 배치되어 있으며, 인너 로터 방식의 BLDC 모터를 이용하고 있다.The
도 9a는 종래의 프레스 핏 터미널이 적용된 스테이터의 부분확대 사시도이고, 도 9b 내지 도 9d는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 BLDC 방식의 구동모터와 모터 구동회로가 실장된 PCB 사이의 연결 구조를 설명하기 위한 것으로, 프레스 핏 터미널이 적용된 스테이터의 사시도, 프레스 핏 터미널의 사시도 및 프레스 핏 터미널이 보빈에 결합된 구조를 나타내는 단면도이다. Figure 9a is a partially enlarged perspective view of a stator to which a conventional press fit terminal is applied, and Figures 9b to 9d respectively show the connection structure between the BLDC type drive motor and the PCB on which the motor drive circuit is mounted according to an embodiment of the present invention. For illustrative purposes, a perspective view of a stator with a press-fit terminal applied, a perspective view of the press-fit terminal, and a cross-sectional view showing a structure in which the press-fit terminal is coupled to the bobbin.
일반적으로 구동모터의 스테이터 코일과 모터 구동회로가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 상호 연결하기 위해 코일과 PCB 사이를 터미널로 연결할 때, 납땜을 진행하여 전기적인 연결을 도모하고 있다.Generally, in order to interconnect the stator coil of a drive motor and a printed circuit board (PCB) on which the motor drive circuit is mounted, soldering is performed to achieve an electrical connection between the coil and the PCB using a terminal.
납때을 하지 않고 연결하는 방법으로 종래에는 도 9a에 도시된 프레스 핏(Press fit) 터미널(46)을 이용하여 납땜을 하지 않고 PCB에 압입한다. PCB에 압입되는 터미널(46)은 하단에 위치한 수축가능결합부의 살두께가 얇아 내측이 줄면서 삽입되고 PCB에 완전 삽입되면 상단은 텐션(tension)에 의해 다시 펴지면서 납땜 없이 상호 연결할 때 사용하는 핀이다.As a method of connecting without soldering, conventionally, the press
일반 프레스 핏 터미널 제품은 내측 홀(Hole)이 존재하여, 텐션에 의해 PCB 구멍에 압입하는 형태로 이루어져 있다. 그러나, 종래의 내측 홀이 있는 프레스 핏 터미널은 금형 구조가 복잡하고, 제품 단가도 높은 단점이 있다.General press-fit terminal products have an inner hole and are press-fitted into the PCB hole by tension. However, the conventional press-fit terminal with an inner hole has the disadvantage of having a complicated mold structure and high product cost.
본 발명에서는 이러한 문제를 보완하기 위해서 도 9b 내지 도 9d에 도시된 바와 같이, 내측 홀이 없는 프레스 핏 터미널을 사용하고 있다. In order to solve this problem, the present invention uses a press-fit terminal without an inner hole, as shown in FIGS. 9B to 9D.
본 발명의 프레스 핏 터미널(47)은 도 9c 및 도 9d에 도시된 바와 같이, 최상부에 스테이터 코일(43)과 연결되는 코일 연결부(47c)를 구비하고, 코일 연결부(47c)의 하측에는 보빈(44)에 압입될 때 보빈(44)에 구비된 스토퍼 수납홀에 걸리어 높이 스토퍼(stopper) 역할을 하는 돌출턱(47b)이 형성되고, 몸체(47a)의 하부에는 보빈(44) 압입시에 이탈을 방지하기 위한 후크(47d)가 형성된 구조를 가지고 있다.As shown in FIGS. 9C and 9D, the press
상기 프레스 핏 터미널(47)은 PCB에 압입될 때 수축이 일어나는 내측 홀을 삭제하고 내측 홀의 두께를 제품 두께보다 1/2 또는 1/3 정도로 내측 홀 자리를 펴서 동일한 역할을 할 수 있도록 설계한 것이다.The press-
상기한 바와 같이, 본 발명의 소형 구동모터를 이용한 액추에이터(100)는 구동모터(50)의 스테이터 코일(43)과 PCB(51)를 상호 연결하기 위해 저가의 내측홀이 없는 프레스 핏 터미널(47)을 사용하여 스테이터(40)와 PCB(51)를 연결하고 있다.As described above, the
본 발명에 따른 액추에이터(100)는 구동모터(50)는 스테이터(40)의 코일(43)이 복수의 티스(41)에 권선될 때, U,V,W 3상 구조로 코일(43)을 권선하고 U,V,W 3상 코일(43)의 타단은 스타-결선방식으로 결선될 수 있다. 더욱이, 상기 구동모터(50)는, 예를 들어, 모터 구동회로에서 2개 또는 3개의 홀센서로부터 로터 위치신호를 수신한 후, 인버터를 이용한 6-스탭 방식의 전파구동방식으로 구동될 수 있다.In the
이하에 도 1 내지 도 9d를 참고하여 본 발명에 따른 액추에이터(100)의 동작을 설명한다.Below, the operation of the
본 발명의 액추에이터(100)는 먼저, 하우징(10) 바닥에 설치된 BLDC 구동모터(50)를 동작시키면, 로터(30)가 회전하면서 로터(30)의 상측에 일체로 형성된 제1웜기어(35)도 동일한 방향으로 회전한다.The
상기 제1웜기어(35)가 회전하면, 상기 제1웜기어(35)와 기어 결합되어 있는 기어트레인(70)의 웜휠(72)이 회전하면서 동력전달축(71)도 회전한다. When the
그 결과, 동력전달축(71)의 타측에 형성된 출력 웜기어(73)는 기어결합되어 있는 출력축(80)의 출력 웜휠(82)을 회전시킨다.As a result, the
이에 따라 출력 웜휠(82)의 회전에 따라 출력축(80)이 회전하면, 바디 케이스(12)의 외부로 연장되어 있는 출력축(80)의 제2축(83b)에 결합된 출력결합부(20)도 회전하면서 피동체를 회전시킨다.Accordingly, when the
본 발명에서는 BLDC 구동모터(50)가 예를 들어, 800 rpm으로 회전될 때, 기어트레인(70)을 통하여 400:1로 감속되어 출력축(80)은 2 rpm으로 회전속도가 낮추어져서 큰 토크 증대가 이루어지게 된다. In the present invention, when the
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다. In the above, the present invention has been shown and described by taking specific preferred embodiments as examples, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and is within the scope of the spirit of the present invention and is within the scope of common knowledge in the technical field to which the invention pertains. Various changes and modifications will be possible by those who have it.
본 발명은 피동체를 전후진시키거나 회전시키는 액추에이터용 구동장치에 적용될 수 있다.The present invention can be applied to a driving device for an actuator that moves forward or backward or rotates a driven body.
10: 하우징 11: 커버
11a,11b: 원형 돌기 11c,11d: 가이드 돌기
12: 바디 케이스 12a-12c: 돌기부
11c,22,25: 관통구멍 13a-13d: 지지브라켓
14: 베어링 하우징 15a,15b: 수용공간
20: 출력결합부 21: 키
30: 로터 31: 자석
32: 백요크 34: 로터 지지체
35,73: 웜기어 36: 로터축 베어링
40: 스테이터 41: 티스
42: 백요크 43: 코일
44: 보빈 44a,44b: 인슐레이터
45: 스테이터 코어 46,47: 터미널
50: 구동모터 51: PCB
60,75a,75b: 베어링 하우징 61~64,74a,74b: 베어링
70: 기어트레인 71: 동력전달축
72,82: 웜휠 80: 출력축
81a,81b: 슬립기어 83a,83b: 축
83c: 키홈 100: 액추에이터10: Housing 11: Cover
11a, 11b:
12:
11c, 22, 25: Through
14:
20: output coupling part 21: key
30: rotor 31: magnet
32: back yoke 34: rotor support
35,73: Worm gear 36: Rotor shaft bearing
40: Stator 41: Teeth
42: back yoke 43: coil
44: bobbin 44a, 44b: insulator
45:
50: Drive motor 51: PCB
60,75a,75b: Bearing
70: Gear train 71: Power transmission shaft
72,82: Worm wheel 80: Output shaft
81a,81b:
83c: keyway 100: actuator
Claims (8)
상기 하우징의 제1 수용공간에 상기 바디 케이스로부터 수직방향으로 설치되고 로터로부터 회전 출력을 발생하는 BLDC(Brushless DC) 방식의 구동모터;를 포함하고,
상기 BLDC 방식의 구동모터는 로터 지지체에 지지되는 로터와, 상기 로터의 외측에 에어갭을 두고 배치되는 스테이터를 구비하며,
상기 바디 케이스(12)의 제1 수용공간(15a)에는 상기 구동모터(50)의 로터(30)가 회전할 때 상기 로터 지지체(33)의 하단부를 회전 가능하게 지지하기 위한 베어링 하우징(14)이 상기 바디 케이스(12)의 바닥으로부터 일체로 돌출 형성되고,
상기 로터 지지체의 상단 외주부에는 상기 구동모터의 회전 출력을 외부로 전달하기 위한 제1웜기어가 일체로 형성되어 있는 액추에이터용 구동장치.A housing including a rectangular cylindrical body case with an open top and first and second accommodating spaces therein, and a cover covering the upper part of the body case;
A BLDC (Brushless DC) drive motor is installed in the first accommodation space of the housing in a vertical direction from the body case and generates rotational output from the rotor,
The BLDC type drive motor includes a rotor supported on a rotor support and a stator disposed with an air gap outside the rotor,
A bearing housing 14 is provided in the first accommodation space 15a of the body case 12 to rotatably support the lower end of the rotor support 33 when the rotor 30 of the drive motor 50 rotates. It is formed to protrude integrally from the bottom of the body case 12,
A driving device for an actuator in which a first worm gear for transmitting the rotational output of the driving motor to the outside is integrally formed on the upper outer periphery of the rotor support.
상기 로터 지지체의 하단부는 컵형태로 이루어지는 액추에이터용 구동장치. According to paragraph 1,
A driving device for an actuator in which the lower end of the rotor support body is cup-shaped.
상기 커버(11)의 저면에는 로터 지지체(33)의 상부를 회전 가능하게 지지하는 로터축 베어링(64)이 삽입되어 있고,
상기 커버(11)의 상부면에는 상기 로터축 베어링(64)이 삽입되는 공간을 확보하기 위한 원형 돌기(11b)가 돌출되어 있는 액추에이터용 구동장치. According to paragraph 2,
A rotor shaft bearing 64 is inserted into the bottom of the cover 11 to rotatably support the upper part of the rotor support 33,
A driving device for an actuator in which a circular protrusion (11b) protrudes from the upper surface of the cover (11) to secure a space into which the rotor shaft bearing (64) is inserted.
상기 스테이터는
각각 축방향으로 연장된 선단부가 "T" 형상으로 이루어지는 복수의 티스와 상기 복수의 티스와 상호 연결되어 자기회로를 형성하는 백요크를 구비하는 스테이터 코어;
상기 복수의 티스 각각의 코일 권선영역을 상하부에서 감싸는 상부 및 하부 인슐레이터; 및
상기 상부 및 하부 인슐레이터의 외주면에 권선되는 코일;을 포함하며,
상기 백요크는 사각형상으로 이루어지고 사각형상의 모서리에는 백요크를 바디 케이스에 고정시키기 위한 관통구멍이 형성된 액추에이터용 구동장치. According to paragraph 1,
The stator is
A stator core including a plurality of teeth, each of which has a "T"-shaped tip extending in the axial direction, and a back yoke that is interconnected with the plurality of teeth to form a magnetic circuit;
Upper and lower insulators surrounding the coil winding area of each of the plurality of teeth from the top and bottom; and
It includes a coil wound on the outer peripheral surface of the upper and lower insulators,
A driving device for an actuator wherein the back yoke is formed in a square shape and a through hole is formed at a corner of the square shape for fixing the back yoke to the body case.
상기 구동모터의 상부에 배치되며 모터 구동회로가 실장된 인쇄회로기판(PCB)을 더 포함하며,
상기 구동모터의 스테이터 코일과 인쇄회로기판(PCB)을 상호 연결하기 위해 선단부가 PCB에 압입되며 내측 홀이 없는 프레스 핏 터미널을 사용하는 액추에이터용 구동장치. According to paragraph 1,
It is disposed on top of the drive motor and further includes a printed circuit board (PCB) on which a motor drive circuit is mounted,
A driving device for an actuator that uses a press-fit terminal without an inner hole and whose tip is press-fitted into the PCB to interconnect the stator coil of the driving motor and a printed circuit board (PCB).
상기 로터의 상부에 대응하는 인쇄회로기판(PCB)의 하부면에 설치되어 로터의 회전시에 로터 위치신호를 발생하는 홀센서를 더 포함하는 액추에이터용 구동장치. According to clause 6,
A driving device for an actuator further comprising a Hall sensor installed on the lower surface of a printed circuit board (PCB) corresponding to the upper part of the rotor and generating a rotor position signal when the rotor rotates.
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